DE7036164U - DEVICE FOR SOLDERING SEMICONDUCTOR COMPONENTS. - Google Patents
DEVICE FOR SOLDERING SEMICONDUCTOR COMPONENTS.Info
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Description
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Jacobsohn/scJacobsohn / sc
28.9.1970 (FB2) HN 69/65September 28, 1970 (FB2) HN 69/65
"Vorrichtung zum Verlöten von Halbleiterbauelementen" "Device for soldering semiconductor components"
Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Verlöten von Halbleiterbauelementen, z. B. von Dioden in Glasgehäusen.The innovation relates to a device for soldering semiconductor components such. B. of diodes in glass housings.
Halbleiterbauelemente werden heute in großen Stückzahlen gefertigt. Unter den Arbeitsschritten, die während der Fertigung an ihnen vorgenommen werden, nehmen Lötprozesse eine wichtige Rolle ein, weil die einwandfreie Funktion der Bauelemente wesentlich auch und gerade von der Güte der Lötung abhängig ist. Hierzu gehören auch deren Stoßsicherheit und die Erhaltung einer bereits vorgenommenen Zentrierung sowie eine ausreichende Wärmeabgabe in den Stromanschluß.Semiconductor components are manufactured in large numbers today. Among the work steps that occur during manufacturing are carried out on them, soldering processes play an important role, because the perfect function of the components is also and especially dependent on the quality of the soldering. This also includes their shock resistance and the maintenance of a centering that has already been carried out as well as sufficient heat dissipation into the power connection.
Für eine rationelle Fertigung besteht - insbesondere bei großen Stückzahlen - andererseits die Forderung, den Arbeitsaufwand für die einzelnen Schritte, also auch für das Löten, möglichst gering zu halten.On the other hand, there is a requirement for efficient production - especially in the case of large quantities - that the amount of work required for the individual steps, including soldering, to be kept as low as possible.
Aufgabe der Neuerung ist daher eine Vorrichtung, die gestattet, an Halbleiterbauelementen hinsichtlich des elektrischen Kontaktes, der Stoßsicherheit, der Zentrierung und der Wärmeableitung einwandfreie Lötungen vorzunehmen, die eineThe object of the innovation is therefore a device that allows on semiconductor components with regard to the electrical Contact, shock resistance, centering and heat dissipation to make perfect soldering, the one
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sichere und störungsfreie Funktion der fertigen Geräte gewährleisten, den hierzu benötigten Arbeitsaufwand aber im Vergleich zu bekannten Verfahren erheblich verringert.ensure safe and trouble-free functioning of the finished devices, however, the amount of work required for this is considerably reduced compared to known methods.
Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durchThis object is achieved according to the invention by a device which is characterized by
eine Platte 1, die auf Füßen 2 steht und ihrerseits - sich oben verjüngende - Trägerpfosten 3 und einen in der Plattenmitte befestigten, senkrecht zur Platte 1 stehenden Schraubenbolzen 4 trägt und die versehen ist mit einer großen Anzahl von Löchern 5, deren Durchmesser 6 an der oberen Seite der Platte eine zur Aufnahme von Glasgehäusen für Halbleiterbauelementen 7 geeignete Größe besitzt, während kleinere zur Aufnahme der Anschlußdrähte 8 dienende Löcher 9 an der Unterseite der Platte 1 konzentrisch zu den Löchern 5 geführt sind,a plate 1, which stands on feet 2 and in turn - itself top tapering - support posts 3 and a screw bolt fixed in the middle of the plate and perpendicular to the plate 1 4 and which is provided with a large number of holes 5, the diameter of which is 6 on the upper side the plate one for receiving glass housings for semiconductor components 7 has a suitable size, while smaller holes 9 serving to receive the connecting wires 8 on the underside the plate 1 are guided concentrically to the holes 5,
durch eine weitere Platte IQ etwa gleicher Größe wie Platte 1, deren Lage und Abstand zur Platte 1 durch zu den Trägerpfosten 3 passende Löcher 11 festgelegt ist und die versehen ist mit einem Loch 12 zur Durchführung des Schraubenbolzens 4· sowie mit einer gleichen Zahl und an den gleichen Stellen wie bei Platte 1 befindlichen Löchern 13, durch die ein stiftförmiger Teil 14- von Andrückstempeln 15 geführt ist und auf deren Hand der übrige Teil der Andrückstempel 15 aufsitzt,by another plate IQ about the same size as plate 1, whose position and distance from the plate 1 is determined by holes 11 matching the support posts 3 and provided is with a hole 12 for the passage of the screw bolt 4 · as well as with the same number and in the same places as in plate 1 located holes 13 through which a pin-shaped Part 14 of Andrückstempeln 15 is performed and on whose hand the remaining part of the pressure stamp 15 sits on,
und durch eine weitere Platte 16 etwa gleicher Größe wie Platte 1 und mit einem Loch 17 zur Durchführung des Schraubenbolzens 4-, die an ihrer oberen Seite Tragösen 18 besitzt und an deren unterer Seite eine Platte 19 aus Silikonkautschuk befestigt ist.and by a further plate 16 approximately the same size as plate 1 and with a hole 17 for the passage of the screw bolt 4-, which has eyelets 18 on its upper side and a plate 19 made of silicone rubber on its lower side is attached.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, zur vorübergehenden Ablage der Platte 10, in deren Löchern 13 die Andrückstempel 15 lose stecken, als Lagerbock eine weitere Platte 20 zu verwenden, deren Größe ebenfalls der Größe der PlatteIt has proven to be useful for the temporary storage of the plate 10, in the holes 13 of the pressure stamps 15 loosely, another plate as a bearing block 20, the size of which is also the size of the plate
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entspricht und an der - sich oben verjüngende - Trägerpfosten 21 befestigt und derart angeordnet sind, daß sie in die Löcher 11 der Platte 10 hineinpassen.corresponds to and on the - tapering at the top - support post 21 are attached and arranged such that they fit into the holes 11 of the plate 10.
An Hand eines Beispieles, das das Einlöten von Dioden - etwa Schottky-Diöden - in Glasgehäuse betrifft, soll die Anwendung der neuerungsgemäßen Vorrichtung, die in den teilweise schematischen Figuren dargestellt ist, beschrieben werden. Die Figuren 1, 3» 5 und 7 zeigen die Teile der Vorrichtung im Schnitt oder der Seitenansicht, die Figuren 2, 4-, 6 und 8 in der Draufsicht.Using an example of soldering diodes - such as Schottky diodes - in glass housings, the Application of the device according to the invention, which is shown in the partially schematic figures, is described will. Figures 1, 3, 5 and 7 show the parts of the device in section or side view, Figures 2, 4-, 6 and 8 in plan view.
In die oberen Teile 6 der Löcher 5 der Platte 1 werden zunächst leere Glasgehäuse 7 eingesetzt, die etwa bis zu einem Drittel ihrer Länge in die Platte 1 einsinken, so daß der Boden im Innern der Gehäuse 7 sichtbar bleibt. Durch den unteren Teil 9 der Lösher 5, der einen geringeren Durchmesser als der obere Teil6 aufweist, werden die Anschlußdrähte 8 der Dioden geführt, deren andere Enden frei nach unten hängen, da zweckmäßigerweise die Füße 2 der Platte länger als die Anschlußdrähte 8 gestaltet sind.In the upper parts 6 of the holes 5 of the plate 1 empty glass housings 7 are first inserted, the approximately up to one third of its length sink into the plate 1, so that the bottom in the interior of the housing 7 remains visible. By the lower part 9 of the Lösher 5, which has a smaller diameter as the upper part 6, the connecting wires 8 of the diodes are guided, the other ends of which are free after hang down, since the feet 2 of the plate are expediently designed to be longer than the connecting wires 8.
In die Glasgehäuse 7 werden nun kleine Scheiben aus einem Lot, beispielsweise aus Lötzinn, gebracht, deren Durchmesser etwa 1,2 mm und deren Dicke etwa 50/um beträgt. Hierauf werden auf die Lotscheiben die Dioden gelegt, die in diesem Fall aus Einheiten aus einem Träger bestehen, auf den der Halbleiterkörper zentriert aufgelötet ist. Als Material für den Träger kommt z. B. die unter dem Namen Vacodil bekanntgewordene Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung in Betracht.Small disks made of solder, for example made of tin solder, are now placed in the glass housing 7, their diameter about 1.2 mm and the thickness of which is about 50 μm. On that the diodes are placed on the solder discs, which in this case consist of units from a carrier on which the Semiconductor body is centered soldered. As a material for the carrier, for. B. the one that has become known under the name Vacodil Iron-cobalt-nickel alloy into consideration.
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Es ist ein Vorteil der Neuerung, daß leicht festzustellen ist, ob die Dioden-Einheit eine richtige Lage zur Lotscheibe hat, d.h., ob der Träger auf der Lotscheibe liegt und der Halbleiterkörper in die andere Richtung weist. Da die Glasgehäuse 7 nur wenig in die Platte 1 eintauchen, kann der Boden der Gehäuse 7 und damit auch, dia Lage der Dioden-Einheiten beobachtet werden. Durch leichtes Klopfen an dem Glasrohr wird gegebenenfalls die richtige Lage hergestellt, sofern sie zunächst nicht bestand.It is an advantage of the innovation that it is easy to determine whether the diode unit is in the correct position Has solder disk, i.e. whether the carrier lies on the solder disk and the semiconductor body faces in the other direction. There immerse the glass housing 7 only a little in the plate 1, can be the bottom of the housing 7 and thus also the location of the Diode units are observed. By lightly knocking If necessary, the correct position is established on the glass tube if it did not initially exist.
Als besonderer Vorteil der Neuerung ist anzusehen, daß auf einer Platte 1 eine große Anzahl von Löchern 5 vorhanden ist. Dementsprechend groß ist daher auch die Anzahl der Lötungen, die mit einer Platte vorbereitet werden können und darauf in einem Ofen mit einem einzigen Arbeitsschritt, wie weiter "Uten angegeben ist, durchgeführt werden. So werden etwa bei dem durch die Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele 100 Lotungen in einem Arbeitsschritt vorgenommen. Gegebenenfalls kann bei einsprechender Größe der Platte 1 diese Zahl auch noch erheblich vergrößert werden.A particular advantage of the innovation is that a large number of holes 5 are present on a plate 1 is. The number of solderings that can be prepared with one plate is therefore correspondingly large and then in an oven with a single step, as further indicated in "Uten. So For example, in the exemplary embodiment illustrated by the figures, 100 plumbing is carried out in one work step. If necessary, given the size of the plate 1, this number can also be increased considerably.
Nachdem in alle Löcher 5 der Platte 1 die Glasgehäuse 7 eingesetzt und diese dann mit Lotscheiben und Dioden gefüllt worden sind, werden die stiftförmigen Teile 14 der Andrückstempel 15 in die Glasgehäuse 7 eingeführt. In vorteilhafter Weise wird hierzu eine Platte 10 verwendet, wodurch die Einführung der Andrückstempel 15 in alle auf einer Platte 1 vorhandenen Glasgehäuse 7 wiederum mit nur einem einzigen Arbeitschritt erfolgt.After the glass housing 7 has been inserted into all the holes 5 of the plate 1 and these are then filled with solder disks and diodes have been, the pin-shaped parts 14 of the pressure stamps 15 are inserted into the glass housing 7. In advantageous Way for this purpose a plate 10 is used, whereby the introduction of the pressure ram 15 in all on one Plate 1 existing glass housing 7 takes place in turn with only a single work step.
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Dies ist insofern möglich, da alle Löcher 13 der Platte 10, durch die die stiftförmigen Teile 14 der AndrückstempelThis is possible because all the holes 13 of the plate 10 through which the pin-shaped parts 14 of the pressure stamp
15 hindurchgesteckt sind, sic^; an den entsprechenden Stellen der Löcher 5 der Platte 1 befinden und die Lage der Platte 10 und ihr Abstand zur Platte 1 durch die Trägerpfosten 3 der Platte 1 festgelegt werden.15 are pushed through, sic ^; in the appropriate places of the holes 5 of the plate 1 and the position of the plate 10 and its distance from the plate 1 can be determined by the support posts 3 of the plate 1.
Die Trägerpfosten 3 sind dabei so ausgebildet, daß sie an ihrem oberen Ende eine Verjüngung aufweisen, die gerade jeweils in ein Loch 11 der Platte 10 hineinpaßt, während die Platte 10 selbst auf dem durch die Verjüngung gebildeten Absatz der Trägerpfosten 3 aufliegt. Dadurch wird der Abstand der Platte 10 zur Platte 1 festgelegt, und zwar in einer solchen Weise, daß die stiftförmigen Teile 14 der Andrückstempel 15 einige Millimeter über die Platte 10 angehoben sind, so daß sie ausschließlich von den Dioden im Glasgehäuse 7 getragen werden. Dies ist insofern wesentlich, als ein über die Andrückstempel I5 auf die zu verlötenden Teile übertragener Druck nicht in unerwünschter Weise von der Platte aufgefangen wird, ohne daß er seine Wirkung während der Verflüssigung des Lotes ausüben kann.The support posts 3 are designed so that they have at its upper end a taper which just fits into a hole 11 of the plate 10, while the plate 10 itself rests on the shoulder of the support post 3 formed by the taper. This will make the distance the plate 10 fixed to the plate 1, in such a way that the pin-shaped parts 14 of the pressure die 15 are raised a few millimeters above the plate 10, so that they are exclusively from the diodes in the glass housing 7 to be worn. This is essential to the extent that it is transferred to the parts to be soldered via the pressure stamps I5 Pressure is not undesirably absorbed by the plate without its effect during liquefaction of the plumb bob.
Die oberen Stirnflächen der Andrückstempel 15 liegen nach ihrem Einsetzen in die Glasgehäuse 7 alle in einer Ebene. Auf diese Stirnflächen wird nun eine Platte 16 aufgesetzt, deren Fläche der Fläche der Platten 1 und 10 entspricht und deren Gewicht groß genug ist, um auf alle Andrückstempel den erforderlichen Anpreßdruck auszuüben. Bei Platten mit rund 100 Andrückstempeln 15 beträgt das Gewicht der PlatteThe upper end faces of the pressure stamp 15 are behind their insertion into the glass housing 7 all in one plane. A plate 16 is now placed on these end faces, whose area corresponds to the area of the plates 1 and 10 and whose weight is large enough to apply to all pressure stamps to apply the necessary contact pressure. In the case of plates with around 100 pressure stamps 15, the weight of the plate is
16 etwa 2 bis 3 kp.16 about 2 to 3 kp.
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An der unteren Seite der P?a^te 16 ist eine etwa 7 nun dicke Platte 19 aus weichem Silikonkautschuk befestigt. Sie hat die Aufgabe, geringe Höhenunterschiede der Stirnflächen der Andrückstempel 15 auszugleichen und den Druck der Platte 16 gleichmäßig auf alle Andrückst: ^pel 15 zu übertragen. In vorteilhafter Weise wird somit erreicht, daß auch beim Erweichen des Lotes im Ofen und einem geringen und unter Umständen etwa-s unterschiedlichen Einsinken der Andrückstempel 15 keine wesentlichen Unterschiede oder Abnahmen des Auflagedruckes auftreten. Die Verwendung einer Zwischenplatte aus Silikonkautschuk ist bei den benutzten Ofentemperaturen von etwa 220 0C besonders zweckmäßig, da der Silikonkautschuk mindestens bis 250 0C haltbar ist, ohne seine elastischen Eigenschaften zu verlieren.On the lower side of the pad 16, an approximately 7 now thick plate 19 made of soft silicone rubber is attached. It has the task of compensating for slight differences in height between the end faces of the pressure stamps 15 and of transferring the pressure of the plate 16 evenly to all pressure devices: ^ pel 15. In an advantageous manner, it is thus achieved that even when the solder softens in the oven and the pressure stamps 15 sink in slightly and in some cases approximately differently, no significant differences or decreases in the contact pressure occur. The use of an intermediate plate made of silicone rubber is particularly expedient at the oven temperatures used of around 220 ° C., since the silicone rubber can be kept at least up to 250 ° C. without losing its elastic properties.
Zusätzlich zum Eigengewicht der Platte 16 - oder bei einer leichteren Ausführungsform dieser Platte auch an Stelle ihres Eigengewichtes - wird über eine Feder 22, die auf das obere Ende des Schraubenbolzens 4 aufgesetzt ist und durch Anziehen einer Mutter 23 gegen die Oberfläche der Platte 16 gepreßt wird, ein Druck auf die Andrückstempel 15 ausgeübt. Die Platte 16 dient dabei im wesentlichen als Druckverteiler.In addition to the dead weight of the plate 16 - or in a lighter embodiment of this plate also in place its own weight - is via a spring 22, which is placed on the upper end of the screw bolt 4 and through Tightening a nut 23 is pressed against the surface of the plate 16, a pressure is exerted on the pressure ram 15. The plate 16 serves essentially as a pressure distributor.
Es ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Neuerung, daß durch das Gewicht der Platte 16 oder die aufgeschraubte Feder 22 oder durch die Verbindung von Plattengewicht und Federkraft der Auflagedruck in weiten Grenzen verändert und den jeweiligen Arbeitsbedingungen angepaßt werden kann.It is a further advantage of the innovation according to the invention that the weight of the plate 16 or the screwed on Spring 22 or by combining the plate weight and spring force, the contact pressure is changed within wide limits and can be adapted to the respective working conditions.
Insbesondere wird durch den höheren Anpreßdruck gegenüber dem bloßen Eigengewicht der Andrückstempel 15 in vorteilhafter Weise erreicht, daß Blasen, die nach dem Auf-In particular, the pressure stamp 15 is more advantageous due to the higher contact pressure compared to its own weight Way that bubbles that appear after
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schmälzen des Lotes entstehen können, aus der Schmelze verdre werden. Als Folge hiervon wird ein besonders kleiner War !erstand zwischen dem Bauelement und der Ableitung her=...- seilt.The solder can melt, twist from the melt will. As a result, one becomes particularly small War! Arose between the component and the derivative her = ...- ropes.
Durch die Verschraubung der Platten 1, 10 und 16 mit Hilfe des auf der Platte 1 befestigten und durch das Loch 12 der Platte 10 und das Locxi 17 der Platte 16 durchgeführten Schraubenbolzens 4 werden zugleich die Lage der Platten zueinander festgelegt und die einzelnen Teile der Vorrichtung zu einer Einheit zusammengefügt,By screwing the plates 1, 10 and 16 with the help of the attached to the plate 1 and through the hole 12 of the plate 10 and the Locxi 17 of the plate 16 performed Screw bolts 4 are set at the same time the position of the plates to each other and the individual parts of the Device combined to form a unit,
Die auf diese Weise zusammengesetzte und verschraubte Vorrichtung wird zur Verlötung der Bauelemente in einen Ofen gebracht, der auf 220 0C eingeregelt ist. Nach etwa zwei Minuten hat auch das Lot diese Temperatur angenommen und schmilzt. Dann verbleibt die Vorrichtung noch etwa drei Minuten im Ofen, wird darauf herausgenommen und nach etwa einer Minute Wartezeit, während der das Lot sicher erstarrt ist,geöffnet, Das Einbringen der Vorrichtung in den Ofen, das Herausnehmen aus dem Ofen sowie das Abheben der Platte 16 beim öffnen läßt sich leicht mit einem gabelartigen Gerät durchführen, das in die Tragösen 18 hineingeschoben und an einem gegen Wärme isolierten Griff gehalten wird.The device assembled in this way and screw is brought to the soldering of the components in a furnace which is controlled to 220 0 C. After about two minutes, the solder has also reached this temperature and melts. The device then remains in the furnace for about three minutes, is then removed and, after a waiting time of about one minute, during which the solder has safely solidified, is opened when opening can easily be carried out with a fork-like device that is pushed into the eyelets 18 and held on a handle insulated from heat.
Sofern die neuerungsgemäße Vorrichtung in einem Fertigungsverfahren zu wiederholten Malen benutzt wird, ist es vorteilhaft, beim öffnen der Vorrichtung nach beendetem Lötprozeß die Platte 10, in deren Löchern 13 die Andrückstempel 15 lose stecken, auf eine Platte 20 zu setzen, deren Größe ebenfalls etwa der Größe der Platte 1 entspricht und an der - in ähnlicher Weise wie bei Platte 1 die Trägerpfosten 3 - etwas längere Trägerpfosten 21 befestigt und derart an-If the innovation according to the device in a manufacturing process is used repeatedly, it is advantageous to open the device after the end Soldering the plate 10, in whose holes 13 the pressure stamps 15 stuck loosely, to put on a plate 20, whose Size also roughly corresponds to the size of plate 1 and on which - in a similar way to plate 1, the support posts 3 - slightly longer support posts 21 attached and attached in this way
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geordnet sind, daß sie in die Löcher 11 d*>r Platte 10 hineinpassen. Die Platte 10 liegt dabei auf dem durch die Verjüngung der Trägerpfosten 21 gebildeten Absatz in einer solchen Höhe, daß die Enden der stiftförmigen Teile 14 den Boden nicht berühren.are arranged so that they fit into the holes 11d *> r plate 10. The plate 10 lies on the shoulder formed by the tapering of the support posts 21 at such a height that the ends of the pin-shaped parts 14 do not touch the ground.
Die Verwendung der Platte 20 als zwischenzeitlicher Lager bock für die Platte 10 während einer Beschickung der Platte 1 bringt den Vorteil mit sich, daß die Andrückstempel 15 nicht in den Löchern 13 hochgeschoben werden können und ein Herausfallen der Andrückstempel 15 aus der Platte 10 somit verhindert wird. Die Platte 10 braucht daher nur einmal mit den Andrückstempeln 15 gefüllt zu werden und bleibt dauernd für einen neuen Lötvorgang betriebsbereit. The use of the plate 20 as an interim storage block for the plate 10 during a loading of the plate 1 has the advantage that the plungers 15 can not be pushed up in the holes 13 and falling out of the plunger 15 from the plate 10 is thus prevented . The plate 10 therefore only needs to be filled once with the pressure stamps 15 and remains permanently ready for a new soldering process.
Wenn nach beendetem Lötvorgang die P?alte 10 auf der Platte 20 abgesetzt ist, können die verlöteten Glasgehäuse der Platte 1 entnommen werden; im einfachsten Falle werden sie durch Umwenden der Platte 1 in ein Behältnis geworfen, worauf die Platte 1 erneut beschickt werden kann.If after the end of the soldering process the P? Old 10 on the Plate 20 is offset, the soldered glass housing of plate 1 can be removed; in the simplest case will be thrown it into a container by turning the plate 1 over, whereupon the plate 1 can be loaded again.
Die Diodengehäuse enthalten nun zentriert und fest eingelötete Dioden, an die in einem weiteren Arb^.tsschaiitt die Whisker eingeschmolzen werden. Durch die Verwendung der neuerungsgemäßen Vorrichtung geht während des Lötvorganges die Zentrierung nicht verloren. Dies ist ebenso vorteilhaft wie die Tatsache, daß beim Lötvorgang kein Schutzgas erforderlich ist.The diode housings now contain centered and firmly soldered diodes to which the Whiskers are melted down. By using the device according to the innovation, the during the soldering process Centering not lost. This is just as advantageous as the fact that no protective gas is required during the soldering process.
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